3D-Druck in Echtzeit überwachen
Kommt es bei additiven Fertigungsverfahren zu Fehlern, kann es für den Betrieb kostspielig werden. Die Verluste lassen sich reduzieren, wenn Unregelmäßigkeiten bereits während des Druckvorgangs erkannt werden und der Bauteilaufbau zeitnah gestoppt wird. In dem Projekt „AddiLine“ wird mit Laser-Speckle-Photometrie der "Thermoplastischen 3D-Druck" überwacht.
Ein neues additives Verfahren ist der am Fraunhofer IKTS entwickelte „Thermoplastische 3D-Druck“ (T3DP), mit dem auch Keramiken und Hartmetalle verdruckt werden können. Um eine hohe Prozessstabilität und Qualität der Bauteile zu erreichen, wird eine Inline-Prozesskontrolle benötigt. Bisherige Lösungen produzieren zu große Datenmengen, deren Auswertung viel Zeit in Anspruch nimmt oder sind für das begrenzte Platzangebot im Drucker zu groß. Zudem können sie keine definierten Materialparameter wie Porosität oder Defekte prüfen, auf die der Fertigungsprozess abgestimmt werden muss.
Integrierbares Prüfsystem für 3D-Druck-Bauteile
Ziel des Projekts „AddiLine“ ist die Entwicklung eines Messsystems mit zwei Komponenten: Die erste Komponente überwacht mittels Lichtschranke, ob das zu verdruckende Material den Drucker verlässt. Dies ist Voraussetzung für eine korrekte Anbindung der Materialtropfen untereinander, sodass keine Lufteinschlüsse entstehen. Die zweite Komponente, die integrierte Laser-Speckle-Photometrie (LSP), prüft berührungslos die vorher festgelegten Parameter der entstehenden Struktur in Echtzeit.
Ziel ist es, die berührungslose Prüftechnik als kostengünstiges System mit einem flexiblen und robusten optischen Aufbau zu entwickeln. Um dessen Einsatz unter Produktionsbedingungen zu testen, wird das modulare System mit beiden Komponenten in eine T3DP-Anlage integriert. „Der Anlagendemonstrator bildet so die Grundlage für eine völlig neuartige additive Fertigungstechnologie, die die Herstellung für ein breites Materialspektrum von hochwertigen Single- und Multimaterial-Bauteilen ermöglicht“, erklärt Dr. Beatrice Bendjus, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IKTS.
Kompetenz für viele Einsatzfelder
Das Vorhaben erfordert das Einbringen vielfältiger Kompetenzen: Neben dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS wirken bei dem Projekt Hoyer Montagetechnik, Vermes Microdispensing, Thomas Werner Industrielle Elektronik und viimagic mit.
Die Partnerfirmen sind optimistisch, dass sie mit dem Prüfsystem zukünftig verschiedene Materialgruppen auf physikalische, mechanische und thermische Eigenschaften untersuchen können. Damit können wichtige Impulse für den Einsatz des Verfahrens in der Keramikindustrie, bei Bohr- und Fräswerkzeugen sowie in der Medizin und dem Maschinen- und, Anlagenbau gegeben werden.
Das Projekt „Laser-gestützte Inline-Überwachung der additiven Fertigung von Keramiken und Hartmetallen“ läuft bis zum Frühjahr 2021 und wird innerhalb der Fördermaßnahme "Photonik für die flexible, vernetzte Produktion – Optische Sensorik" im Rahmen des Programms Photonik Forschung Deutschland des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. (Stefan Girschner)
